我的LLVM IR与Clang生成的LLVM IR在速度和安全性上有何差异？

测试背景 #

我正在开发一款基于LLVM的编程语言，以Clang作为参考实现。测试用的C代码示例如下：

// 测试用C代码示例
int add(int num1, int num2){
    int result = num1 + num2;
    return result;
}

Clang生成的LLVM IR（无优化级别） #

; Clang编译上述C代码生成的IR
define i32 @add(i32 noundef %0, i32 noundef %1) #0 {
  %3 = alloca i32, align 4
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca i32, align 4
  store i32 %0, i32* %3, align 4
  store i32 %1, i32* %4, align 4
  %6 = load i32, i32* %3, align 4
  %7 = load i32, i32* %4, align 4
  %8 = add nsw i32 %6, %7
  store i32 %8, i32* %5, align 4
  %9 = load i32, i32* %5, align 4
  ret i32 %9
}

手动生成的LLVM IR #

; 我自行生成的对应IR
define i32 @add(i32 %0, i32 %1) #0 {
  %2 = add nsw i32 %0, %1
  ret i32 %2
}

性能差异 #

• Clang输出的是**无优化（-O0）**的IR，完全复刻C代码的内存操作逻辑：把参数和局部变量都先存入栈内存，计算时再从栈加载，多了好几轮冗余的内存读写。但只要经过LLVM优化器处理，这些冗余操作会被彻底消除，最终生成的机器码和手动IR优化后的结果性能完全一致。
• 手动生成的IR直接使用LLVM虚拟寄存器完成计算，跳过了栈的存储/加载步骤，在未优化的情况下执行效率更高；优化后两者的性能没有区别。

安全性与语义差异 #

• noundef参数属性：Clang给参数添加了noundef标记，明确要求调用者传递的参数不能是未定义值。这个属性能帮助LLVM优化器做出更安全的优化假设，同时明确了函数调用约定——若调用者传递未定义值，行为将是未定义的。手动生成的IR缺少该标记，意味着参数允许为未定义值，优化器无法利用该约束，极端情况下可能影响优化效果或产生不安全的代码。
• 内存语义一致性：Clang的IR严格遵循C语言的内存语义，局部变量result被分配到栈上，虽然冗余但完全符合规范。手动IR跳过了栈存储直接返回计算结果，在这个简单场景下没问题，但如果你的目标编程语言有特定的内存规则（比如要求局部变量必须在栈上分配），这种简化会违反语言语义。
• 整数溢出约束：两段IR都使用了add nsw指令，nsw（no signed wrap）表示禁止有符号整数溢出，溢出时行为为未定义，这和C语言的语义一致，两者在这一点上没有差异。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kostia Ilnytskyi